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1、第一章第一章 绪绪 论论一、计算机的产生计算机的产生- 1945年年, 美籍数学家冯美籍数学家冯.诺依曼诺依曼(John von Neumann)提出提出二进制表达方式二进制表达方式和和存储程序存储程序控制计算机控制计算机构想。构想。- 1936年，英国科学家图灵（年，英国科学家图灵（Alan Mathison Turing）建立了建立了图灵机图灵机的理论模型，并的理论模型，并发展了发展了可计算可计算理论。理论。- 1946年年, 美国宾西法尼亚大学研制成功美国宾西法尼亚大学研制成功电子数值积分计算机电子数值积分计算机 ENIAC（the electronic numerical integr
2、ator and calculater）。）。计算机的产生计算机的产生p计算机发展历史人物计算机发展历史人物n理论计算机的奠基人：理论计算机的奠基人：n阿兰阿兰图灵（图灵（Alan Mathison Turing），1912年年6月月23日出生于日出生于英国伦敦，是英国伦敦，是20世纪最著名的数学家世纪最著名的数学家之一之一。1931年图灵进入年图灵进入剑桥大学国剑桥大学国王学院（王学院（Kings College），毕业，毕业后到美国普林斯顿大学攻读博士学位，后到美国普林斯顿大学攻读博士学位，二战爆发后回到剑桥二战爆发后回到剑桥。图灵图灵于于1954年年6月月7日去世日去世，当时年仅，当时年
3、仅42岁。岁。Alan Alan MathisonMathison Turing Turing阿兰阿兰 图灵图灵p贡献贡献p图灵机模型（图灵机模型（Turing Machine）n1936年发表了论文年发表了论文“论可计算数在判定问题中的应用论可计算数在判定问题中的应用”，奠定了，奠定了可计算理论的基础。可计算理论的基础。p图灵测试（图灵测试（Turing Test)n1950年在哲学期刊年在哲学期刊Mind上发表上发表“Computing Machinary and Intelligence”，奠定了人工智能的理论基础。，奠定了人工智能的理论基础。p1966年美国计算机学会（年美国计算机学会
4、（CAM）设立了图灵奖。）设立了图灵奖。计算机的产生计算机的产生p计算机发展历史人物计算机发展历史人物n8岁学会微积分岁学会微积分 n12岁学懂波莱尔岁学懂波莱尔函数论函数论n17岁写出了生平第一篇论文岁写出了生平第一篇论文n27岁取得美国普林斯顿大学教授职位岁取得美国普林斯顿大学教授职位 n30岁被聘为终身教授岁被聘为终身教授John von NeumannJohn von Neumann冯冯 诺依曼诺依曼计算机的产生计算机的产生p贡献贡献p世界著名的数学家世界著名的数学家冯冯诺依曼诺依曼博士首先提出了电博士首先提出了电子计算机中子计算机中存储程序存储程序的概念，从而导致第一台具的概念，从而
5、导致第一台具有存储程序功能的计算机的诞生有存储程序功能的计算机的诞生, 它具有存储能它具有存储能力并采用力并采用二进制二进制进行计算。进行计算。计算机的产生计算机的产生世界上第一台电子计算机世界上第一台电子计算机-ENIAC1946年年2月诞生于美国月诞生于美国 运算速度运算速度50005000次次/s/s 启动电力启动电力150KW150KW 18800 18800个电子管个电子管 1000010000只电容只电容 70007000个电阻个电阻 保存保存8080个字节个字节 占地占地170170平方米平方米 重达重达3030吨吨1946年年 ENIAC主机主机房房K computer 目前的
6、运算速度为每秒目前的运算速度为每秒8000万亿次万亿次共投资超过共投资超过12.5亿美元亿美元68544个个SPARC64 VIIIfx处理器处理器第一代第一代（1946-19551946-1955）电子管电子管5 5千千-4-4万（次万（次/ /秒）秒）第二代第二代（1955-19641955-1964）晶体管晶体管几十万几十万- -百万（次百万（次/ /秒）秒）第三代第三代（1965-19701965-1970）集成电路集成电路百万百万- -几百万（次几百万（次/ /秒）秒）第四代第四代（1971-1971-今）今）大大/ /超大规模集成电路超大规模集成电路几百万几百万- -千万亿（次千万
7、亿（次/ /秒）秒）计算机的发展计算机的发展F 体积越来越小体积越来越小F 运算速度越来越快运算速度越来越快F 性能价格比越来越高性能价格比越来越高F 应用范围越来越广泛应用范围越来越广泛计算机的发展计算机的发展在半导体在半导体行业行业内，每内，每18个月芯片上晶体管的个月芯片上晶体管的数量就会翻番数量就会翻番每隔每隔56年，计算机运算速度提高年，计算机运算速度提高10倍；体倍；体积缩小积缩小10倍；成本降低倍；成本降低10倍；倍；每隔每隔18个月，计算机性能提高一倍个月，计算机性能提高一倍几乎半个世纪以来，几乎半个世纪以来，几乎半个世纪以来，几乎半个世纪以来，摩尔定律摩尔定律摩尔定律摩尔定律
8、一直有效，一直有效，一直有效，一直有效，它使计算机越来越它使计算机越来越它使计算机越来越它使计算机越来越便便便便宜宜宜宜，运行，运行，运行，运行速度速度速度速度越来越越来越越来越越来越快，同时快，同时快，同时快，同时功能功能功能功能越来越越来越越来越越来越强大。强大。强大。强大。计算机的发展趋势计算机的发展趋势u巨型化巨型化u微型化微型化u多媒体化多媒体化u网络化网络化u智能化智能化计算机的基本特点计算机的基本特点处理速度快处理速度快处理速度快处理速度快运算精度高运算精度高有记忆和逻辑判断能力有记忆和逻辑判断能力有记忆和逻辑判断能力有记忆和逻辑判断能力通用性通用性自动信息处理自动信息处理p科学
9、计算最早的应用领域，科学计算最早的应用领域， Calculatorp是指利用计算机来完成科是指利用计算机来完成科学研究和工程技术中提出学研究和工程技术中提出的数学问题的计算的数学问题的计算。科学计算科学计算科学计算科学计算( ( ( (或数值计算或数值计算或数值计算或数值计算) ) ) )计算机的应用计算机的应用p数据处理是指对各种数据进行收集、存储、整理、分类、统计、加工、利用、传播等一系列活动的统称。据统计，80以上的计算机主要用于数据处理，这类工作量大面宽，决定了计算机应用的主导方向。数据处理数据处理数据处理数据处理( ( ( (或信息处理或信息处理或信息处理或信息处理) ) ) )计算
10、机的应用计算机的应用p辅助技术辅助技术(或计算机辅助设计与制造或计算机辅助设计与制造)n计算机辅助设计(Computer Aided Design, CAD)n计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing, CAM)n计算机辅助教学(Computer Aided Instruction, CAI)计算机的应用计算机的应用计算机的应用计算机的应用p过程控制过程控制(或实时控制或实时控制)n过程控制是利用计算机过程控制是利用计算机及时采集检测数据，按及时采集检测数据，按最优值迅速地对控制对最优值迅速地对控制对象进行自动调节或自动象进行自动调节或自动控制。控制。p人工智能
11、人工智能(Artificial Intelligence)p是计算机模拟人类的智能活动，诸如感知、判断、理解、学习、问题求解和图像识别等。计算机的应用计算机的应用日本丰田公司研制的智能机器人可以同时处理三个人的语音要求 p多媒体技术多媒体技术n人们已经有能力把文本、音频、视频、动画、图形和图像等各种人们已经有能力把文本、音频、视频、动画、图形和图像等各种媒体综合起来，构成一种全新的概念媒体综合起来，构成一种全新的概念“多媒体多媒体”（Multimedia）。n在医疗、教育、商业、银行、保险、行政管理、军事、工业、广在医疗、教育、商业、银行、保险、行政管理、军事、工业、广播和出版等领域中，多媒体
12、的应用发展很快。通过高速信息网实播和出版等领域中，多媒体的应用发展很快。通过高速信息网实现数据与信息的查询、高速通信服务、远程医疗和会诊、交通信现数据与信息的查询、高速通信服务、远程医疗和会诊、交通信息管理等。计算机的应用将推动信息社会更快地向前发展。息管理等。计算机的应用将推动信息社会更快地向前发展。n多媒体技术使信息展现在人们面前的不仅是数字和文字，也有声多媒体技术使信息展现在人们面前的不仅是数字和文字，也有声情并茂的声音和图像信息。情并茂的声音和图像信息。 计算机的应用计算机的应用计算机的应用计算机的应用p应用领域：应用领域：1. 工商：电子商务、工商：电子商务、CAD/CAM2. 教育
13、：多媒体教育、远程教育教育：多媒体教育、远程教育3. 医药：远程医疗、医学影处理像医药：远程医疗、医学影处理像4. 政府：电子政府政府：电子政府5. 娱乐：虚拟现实、电影特技娱乐：虚拟现实、电影特技 6. 科研：数据采集、计算分析科研：数据采集、计算分析7. 家庭：家庭信息化家庭：家庭信息化 计算机的分类计算机的分类参与运算的数值由不间断的连续量表示参与运算的数值由不间断的连续量表示计算机计算机模拟计算模拟计算机机数字计算机数字计算机通用机通用机专用机专用机国外根据计算机的国外根据计算机的性能指标、应用对象性能指标、应用对象划分为：划分为：巨型机巨型机(super computer) 小巨型机
14、小巨型机(mini supercomputer) 大型机大型机(mainframe) 小型机小型机(minicomputer) 工作站工作站(workstation) 个人计算机个人计算机(personal computer简称简称PC机机)根据根据INTEL公司公司CPU芯片系列可分为：芯片系列可分为：8088/8086 、80286、80386、80486、Pentium（奔腾）（奔腾）、Pentium Pro、Pentium 、Pentium 、 Pentium 、Core（酷睿）、（酷睿）、Core 2、Core i_根据计算机的字长分类：根据计算机的字长分类：4位、位、8位、位、16
15、位、位、32位、位、64位。位。计算机内信息的表示及编码计算机内信息的表示及编码信息信息与与数据数据: 病历卡上记载病人的体温病历卡上记载病人的体温390C是数据。数据是数据。数据390C本身是没有意义的。当数据以某种形式经过本身是没有意义的。当数据以某种形式经过处理、描述或与其它数据比较时，才能成为信息。处理、描述或与其它数据比较时，才能成为信息。信息信息: 各种事物的变化和特征的反映。各种事物的变化和特征的反映。数据数据: 信息的载体。信息的载体。例如：数值、文字、语音、例如：数值、文字、语音、图形、图像等。图形、图像等。定点数定点数浮点数浮点数信信息息指令信息指令信息数据信息数据信息数值
16、信息数值信息非数值信息非数值信息 计算机中信息用计算机中信息用二进制二进制表示表示 二进制所具有的特点：二进制所具有的特点：易于物理实现、运算易于物理实现、运算规则简单、可靠性高、适于逻辑运算规则简单、可靠性高、适于逻辑运算 计算机内信息的表示计算机内信息的表示数制及其转换数制及其转换数制数制(Numbering system)(Numbering system): :用用一组固定的数字一组固定的数字和和一套统一的规则一套统一的规则来表示数值的方法。来表示数值的方法。进位计数制：进位计数制：按进位的原则进行计数的数制。其按进位的原则进行计数的数制。其三三要素要素为：数位、基数、位权。为：数位、
17、基数、位权。R R进制的进位规则：进制的进位规则：逢逢 R R 进一进一进制进制 基数基数 基本符号基本符号 标识标识二进制R=20,1 B八进制R=80,1,2,3,4,5,6,7 O十进制R=100,1,2,3,4,5,6,7,8,9 D 十六进制R=160,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F H各种进制数据间的转换：各种进制数据间的转换： R进制进制 十进制十进制 二进制二进制 八进制、十六进制八进制、十六进制R R进制向十进制的转换：进制向十进制的转换：按位乘位权相加按位乘位权相加(110.011)2=1 22+1 21+0 20+0 2-1+1 2-2+1 2
18、-3 =(6.375)10(17.2)8=1 81+7 802 8-1 =(15.25)10(2AC)16=2 162+A 161+C 160 =2 162+10 161+12 160(684)10十进制向十进制向R R进制的转换：进制的转换：将将“整数部分整数部分“与与“小数部分小数部分”分分开考虑，开考虑，规则规则为：为： 整数部分整数部分：除：除R R取余，逆排法。取余，逆排法。 小数部分小数部分：乘：乘R R取整，顺排法。取整，顺排法。 十进制向十进制向R R进制的转换：进制的转换：例：请将例：请将29.125转换为转换为2、8、16进制数进制数，保留，保留3位小数。位小数。 2292
19、142723210 10111 小数部分： 30529 8 83 20. 1 2 5*0. 2 5 0 00120. 2 5 0*0. 5 0 020. 5 0 0*1. 0 0 0(29.125)10=(11101.001)2(29.125)10=(35.100)8(29.125)10=(1D. 200)16二进制二进制 十六进制十六进制 二进制二进制 八进制八进制二、八、十六进制之间的转换二、八、十六进制之间的转换一位拆三位一位拆三位一位拆四位一位拆四位整数从右向左整数从右向左小数从左向右小数从左向右三位并一位三位并一位四位并一位四位并一位100 110 110 111 . 010 100( 4 6 6 7 . 2 4 )8
